Acide vinylsulfonique
| Acide vinylsulfonique | |
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| Structure de l'acide vinylsulfonique | |
| Identification | |
|---|---|
| Nom UICPA | acide éthènesulfonique |
| No CAS | |
| No ECHA | 100.013.342 |
| No CE | 214-676-1 |
| DrugBank | DB04359 |
| PubChem | 62474 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | CH2=CHSO3H |
| Masse molaire[1] | 108,116 ± 0,008 g/mol C 22,22 %, H 3,73 %, O 44,4 %, S 29,66 %, |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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L'acide vinylsulfonique est un composé organosulfuré de formule chimique CH2=CHSO3H. C'est le plus simple des acides sulfoniques insaturés[2]. Sa double liaison est à l'origine de sa réactivité élevée vis-à-vis des nucléophiles et de sa nette tendance à polymériser, en particulier en présence de comonomères vinyliques[3] ou dérivés de l'acide acrylique CH2=CHCOOH ou méthacrylique CH2=C(CH3)COOH[4]. Il se présente comme un liquide hydrophile incolore et visqueux qui vire rapidement au jaune-brun voire au rouge au contact de l'air[5]. Il est nécessaire de le nettoyer au charbon actif et de le purifier par distillation sous vide avant de le stabiliser par exemple au 4-méthoxyphénol (MeHQ) afin de pouvoir réaliser des polymères et copolymères de masse moléculaire élevée[5] ou pour réaliser des matériaux électroniques[6].
Production[modifier | modifier le code]
L'acide vinylsulfonique peut être préparé par déshydratation de l'acide iséthionique HOCH2CH2SO3H sous l'action de pentoxyde de phosphore P2O5[7] :
La sulfochloration du chloroéthane ClCH2CH3 suivie d'une déshydrohalogénation en chlorure de vinylsulfonyle CH2=CHSO2Cl conduit par hydrolyse à l'acide vinylsulfonique :
Seule l'hydrolyse alcaline du sulfate de carbyle suivie d'une acidification du vinylsulfonate de sodium CH2=CHSO3Na résultant est techniquement pertinente[8] :
Avec une enthalpie de réaction de 1 675 kJ/kg, il s'agit d'une réaction fortement exothermique qui nécessite un maintien précis de la température et du pH pendant l'hydrolyse. Avec l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2 comme milieu d'hydrolyse, il en résulte une solution de vinylsulfonate de calcium, à partir de laquelle, par acidification avec de l'acide sulfurique H2SO4 concentré, le sulfate de calcium CaSO4, peu soluble, précipite et permet d'obtenir une solution incolore de vinylsulfonate.
Applications[modifier | modifier le code]
Des nucléophiles peuvent facilement être ajoutés à la double liaison activée de l'acide vinylsulfonique. La taurine NH2CH2CH2SO3H est formée avec de l'ammoniac NH3 et la N-méthyltaurine CH3N+H2CH2CH2SO3− avec la méthylamine CH3NH2, qui sert de précurseur pour la production de tensioactifs de la série des taurates. L'acide vinylsulfonique est utilisé comme monomère réactif pour produire des homopolymères et des copolymères fortement acides ou anioniques, qui sont utilisés avec les résines photosensibles de l'industrie électronique, comme polymères conducteurs et dans les membranes échangeuses de protons pour les piles à combustible. Par exemple, l'acide polyvinylsulfonique forme des membranes transparentes avec une capacité d'échange d'ions et une conductivité protonique élevées[9]. L'acide vinylsulfonique peut également être un support polymère sur lequel du polystyrène peut être greffé, ce qui permet d'obtenir des échangeurs d'ions fortement acides, qui conviennent comme catalyseurs pour l'estérification et l'acylation de Friedel-Crafts[10].
Lorsque la fonction acide sulfonique n'est pas indispensable à l'application, on préfère employer la solution aqueuse alcaline de vinylsulfonate de sodium CH2=CHSO3Na, plus simple d'utilisation et obtenue directement par hydrolyse alcaline du sulfate de carbyle.
Notes et références[modifier | modifier le code]
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- (en) Kurt Kosswig, « Sulfonic Acids, Aliphatic », Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, (DOI 10.1002/14356007.a25_503, lire en ligne)
- Herrmann Hoffmann, Wolfgang Buch, Walter Gulden, Fritz Engelhardt, Rüdiger H. Funk et Aranka Tardy pour Hoechst AG, brevet EP0643081 : « Polymères d'acide vinylsulfonique », déposé le 29 août 1994, publié le 15 mars 1995.
- (en) Hiroshi Akikaze, Takehiko Miyai et Kazuhiko Isshiki pour Asahi Kasei Finechem Co Ltd, Brevet U.S. 20110017954A1 : Vinyl sulfonic acid, polymer thereof, and production method thereof, déposé le 27 mars 2009, publié le 27 janvier 2011, sur Google Patents.
- (en) Robert C. Medford et Charles R. Pfeifer pour Dow Chemical Co, Brevet U.S. 3312735A : Purification of ethylenesulfonic acid, déposé le 30 septembre 1963, publié le 4 avril 1967, sur Google Patents.
- Hiroshi Akikaze et Takehiko Miyai pour Asahi Kasei Finechem Co Ltd, brevet EP2128131B1 : « Procédé servant à produire de l'acide vinylsulfonique », déposé le 26 décembre 2007, publié le 2 décembre 2009.
- (en) John A. Anthes et James R. Dudley pour Wyeth Holdings LLC, Brevet U.S. 2597696A : Preparation of ethylenesulfonic acid, déposé le 18 mars 1948, publié le 20 mai 1952, sur Google Patents.
- (en) Walter Schenk, Roland Dahlinger et Dieter Stockburger pour BASF SE, Brevet U.S. 3872165A : Manufacture of vinyl sulfonates and vinylsulfonic acid from carbyl sulfate, déposé le 30 novembre 1971, publié le 18 mars 1975, sur Google Patents.
- (en) Teruyuki Okayasu, Toshiyasu Hibino et Hiroyuki Nishide, « Free Radical Polymerization Kinetics of Vinylsulfonic Acid and Highly Acidic Properties of its Polymer », Macromolecular Chemistry and Physics, vol. 212, no 10, , p. 1072-1079 (DOI 10.1002/macp.201000773, lire en ligne)
- (en) Teruyuki Okayasu, Kei Saito, Hiroyuki Nishide et Milton T. W. Hearn, « Poly(vinylsulfonic acid)-grafted solid catalysts: new materials for acid-catalysed organic synthetic reactions », Green Chemistry, vol. 12, no 11, , p. 1981-1989 (DOI 10.1039/c0gc00241k, lire en ligne)
